作者段躍初

在全球倡導(dǎo)綠色出行與可持續(xù)發(fā)展的時(shí)代浪潮下，電動(dòng)汽車憑借其環(huán)保節(jié)能的優(yōu)勢(shì)，市場規(guī)模呈現(xiàn)出爆發(fā)式增長態(tài)勢(shì)。然而，隨著電動(dòng)汽車保有量的急劇攀升，一個(gè)日益嚴(yán)峻的問題逐漸浮出水面——大量廢棄的鋰離子電池堆積如山，成為亟待解決的環(huán)境與資源難題。不過，近期中國科研團(tuán)隊(duì)的一項(xiàng)突破性研究，為這一困境帶來了全新的解決方案：他們借助人工智能發(fā)現(xiàn)了一種“魔法藥水”，能夠讓死亡的電池重獲新生。相關(guān)研究成果已發(fā)表于國際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《自然》，引發(fā)了全球科學(xué)界與產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注。

廢舊鋰電池的嚴(yán)峻現(xiàn)狀

通常情況下，電動(dòng)汽車電池容量一旦降至原始水平的80%以下，便意味著其走到了使用壽命的終點(diǎn)，這一過程往往發(fā)生在使用8 - 10年后。而電池成本在整車成本中的占比高達(dá)約40%，由此可見電池在電動(dòng)汽車中的重要地位。隨著電動(dòng)汽車消費(fèi)市場的迅猛擴(kuò)張，廢舊電池的數(shù)量也在以驚人的速度增長。據(jù)聯(lián)合國開發(fā)計(jì)劃署于2024年9月發(fā)布的報(bào)告預(yù)測，到2040年，全球需要處理的廢舊鋰離子電池?cái)?shù)量將從2025年的約90萬噸飆升至2050萬噸。作為全球電動(dòng)汽車部署的領(lǐng)軍者，中國在這方面面臨的壓力尤為巨大，每年已需處理高達(dá)280萬噸的退役電池 。這些廢舊電池若得不到妥善處理，不僅會(huì)造成鋰、鈷、鎳等稀有金屬資源的浪費(fèi)，還可能因重金屬泄漏對(duì)土壤、水源等生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重污染。

科研團(tuán)隊(duì)的創(chuàng)新探索

面對(duì)廢舊鋰電池帶來的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，上海復(fù)旦大學(xué)的化學(xué)家高躍及其同事敏銳地意識(shí)到，對(duì)延長鋰離子電池壽命的需求將會(huì)持續(xù)上升。他們將研究目標(biāo)聚焦于尋找一種能夠通過注入鋰離子來補(bǔ)充“死亡”電池的分子。然而，在浩瀚的化學(xué)物質(zhì)世界中，確定哪種分子能夠勝任這一工作以及其合適的化學(xué)結(jié)構(gòu)，無異于大海撈針。于是，研究團(tuán)隊(duì)大膽決定借助先進(jìn)的機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)來攻克這一難題。

研究人員采用了一個(gè)經(jīng)過化學(xué)規(guī)則訓(xùn)練的人工智能模型，為其輸入龐大的電化學(xué)反應(yīng)數(shù)據(jù)庫，讓模型依據(jù)設(shè)定的條件，如在電解質(zhì)溶液中良好的溶解性、相對(duì)較低的生產(chǎn)成本等，在海量數(shù)據(jù)中篩選能夠滿足要求的分子。經(jīng)過復(fù)雜的運(yùn)算與分析，該模型最終推薦了三種候選分子，團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步研究后確定了其中一種名為三氟甲基亞磺酸鋰（LiSO?CF?）的鹽為理想選擇。

令人振奮的實(shí)驗(yàn)成果

在確定了關(guān)鍵物質(zhì)后，研究人員將三氟甲基亞磺酸鋰溶解在電解質(zhì)溶液中進(jìn)行測試，這種特殊的電解質(zhì)溶液能夠?yàn)殡x子在電池正負(fù)極間的傳導(dǎo)搭建橋梁。高躍形象地將這一過程比喻為給人類患者注射，“如果我們可以給病人注射以幫助他們恢復(fù)，為什么我們不能為干涸的電池提供一種神奇的藥劑呢？”

實(shí)驗(yàn)結(jié)果令人振奮不已。這種化學(xué)混合物對(duì)磷酸鐵鋰（LFP）電池的壽命延長效果顯著。一般來說，電動(dòng)汽車的LFP電池在經(jīng)歷約2000次充放電循環(huán)后就會(huì)被判定為“死亡”，而通過在電池接近容量閾值時(shí)添加這種電解質(zhì)，研究團(tuán)隊(duì)每次都能使電池恢復(fù)大部分容量，其工作性能幾乎與新電池不相上下。在持續(xù)的實(shí)驗(yàn)中，該電池經(jīng)過近12000次充放電循環(huán)后，容量依然恢復(fù)到了96%。后續(xù)針對(duì)NMC（鎳、錳和鈷）鋰離子電池的實(shí)驗(yàn)也表明，該方法同樣行之有效，充分證明了這一技術(shù)的廣泛適用性。

未來展望與面臨挑戰(zhàn)

目前，復(fù)旦大學(xué)已與中國電池材料制造商浙江永泰新材料公司展開合作。高躍對(duì)未來充滿憧憬，他構(gòu)想了一個(gè)廣泛覆蓋的“電池充電站”系統(tǒng)。在這個(gè)理想場景中，電動(dòng)汽車車主無需再為電池報(bào)廢而煩惱，只需將“死亡”的電池送到“充電站”，就能讓其重新煥發(fā)活力。

不過，這一創(chuàng)新技術(shù)距離大規(guī)模應(yīng)用仍面臨諸多挑戰(zhàn)。中國西安交通利物浦大學(xué)研究電池材料的劉晨光雖未參與此項(xiàng)研究，但他指出，該方法首先需要與各種不同化學(xué)成分的電池兼容，以確保其廣泛適用性；其次，必須對(duì)復(fù)活電池的安全性進(jìn)行全面、嚴(yán)格的測試，因?yàn)殡姵匕踩苯雨P(guān)系到電動(dòng)汽車的使用安全和消費(fèi)者的生命財(cái)產(chǎn)安全。此外，電動(dòng)汽車的電池組結(jié)構(gòu)復(fù)雜，由數(shù)百甚至數(shù)千個(gè)電池、熱控制系統(tǒng)和其他組件構(gòu)成，而目前的實(shí)驗(yàn)僅在單個(gè)電池上取得成功，如何將這一技術(shù)順利應(yīng)用到整個(gè)電池組，還需要科研人員進(jìn)一步深入探索和研究 。

倫敦咨詢公司Circular Energy Storage的電池再利用和回收分析師、董事總經(jīng)理漢斯·埃里克·梅林表示，該團(tuán)隊(duì)的方法是目前中國電動(dòng)汽車電池最接近“直接回收過程”的方法，具有重要的創(chuàng)新性和探索價(jià)值。他認(rèn)為研究人員的提議可能存在一定的商業(yè)機(jī)會(huì)，但由于電動(dòng)汽車電池本身壽命較長，可能長達(dá)15年，這在一定程度上限制了該技術(shù)的市場規(guī)模。同時(shí)，該技術(shù)的應(yīng)用還需要對(duì)電池組設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)整，以允許電解質(zhì)的注入，而這可能會(huì)對(duì)電池組其他性能產(chǎn)生影響，他質(zhì)疑道：“如果（所需的修改）在某種程度上干擾了電池性能所需的其他設(shè)計(jì)方面，那么這些好處是否值得？”

盡管前路充滿挑戰(zhàn)，但這項(xiàng)研究無疑為解決廢舊鋰電池問題開辟了一條全新的道路。隨著技術(shù)的不斷完善與發(fā)展，或許在不久的將來，“魔法藥水”能讓廢舊鋰電池重獲新生不再是夢(mèng)想，而是成為可持續(xù)能源發(fā)展的重要助力，為我們的環(huán)境和能源未來帶來更多希望 。

參考文獻(xiàn)

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